Общее представление об устойчивости растений

На нашей планете существуют самые разнообраз­ные сочетания условий существования для раститель­ного царства. Очень часто растения испытывают воз­действие ряда неблагоприятных факторов среды. При определенных ситуациях эти условия могут быть опас­ными для жизни растений или вызывать целый ряд от­клонений в ходе физиологических процессов. В некото­рых местах совершенно необычны сочетания внешних факторов. При обилии тепла в Средней Азии растения испытывают влияние летней засухи и весенних замо­розков, а в Якутии - жары и обезвоживания летом. Недостаток воды в последнем случае вызывается по­вышенной тратой ее на транспирацию при резко сни­женной активности всасывания воды корневой систе­мой из холодной почвы.

Растения вынуждены постоянно приспосабливать­ся к изменяющимся сочетаниям факторов среды в раз­личных климатических зонах и местообитаниях и под­держивать относительно устойчивое состояние физи­ологических процессов. Теплолюбивые растения южных широт приспособились произрастать в райо­нах с более теплым климатом и коротким световым днем, холодостойкие - с более холодным климатом и длинным днем.

Из неблагоприятных факторов наиболее часто встречаются: почвенная и атмосферная засуха, низкая и высокая температура, избыток солей и недостаток кислорода в почве, действие вредных газов, пыли и тяжелых металлов в воздухе. Весьма чувствительны растения и к действию различных токсинов, выделяемых патогенными микроорганизмами. Болезненна реакция растений на поселение энтомовредителей. Проблема больного растения, в частности больного дере­ва, издавна интересовала физиологов.

Различные растения по-разному относятся к небла­гоприятным факторам внешней среды. Одни из них хорошо переносят действие тех или иных экстремаль­ных факторов, другие серьезно страдают, третьи со­вершенно не мирятся с этим воздействием и погиба­ют. Поэтому различают устойчивые и неустойчивые виды или сорта растений. Это - генетическая устой­чивость растений, обусловленная их наследственной природой.

Под физиологической устойчивостью растений следует понимать способность отвечать на действие неблагоприятных внешних факторов таким образом, чтобы в наибольшей степени сохранялась определен­ная и наиболее характерная для вида или сорта специ­фика метаболизма и определенная, специфическая для них структура. Устойчивость растений - это комплексная реакция, направленная к обеспечению более или менее уравновешенного хода и состояния метаболизма, т.е. гомеостаза.

Неблагоприятные факторы среды ведут к возник­новению у растений особого напряженного состояния, которое по аналогии с животным организмом стали называть стрессом. В данном случае, очевидно, лучше это состояние определять как фитостресс. При стрес­се часто наблюдается неспецифическая реакция орга­низма в ответ на неблагоприятное воздействие, напри­мер, повышение интенсивности дыхания.

Способность растения быть устойчивым одновре­менно к нескольким стрессовым воздействиям (ряду неблагоприятных факторов) обусловлена сопряженной устойчивостью, например, к засухе и жаре одновре­менно.

Обнаружены у растений и сугубо специфические реакции на действие какого-либо одного экстремаль­ного фактора. Так, повышенная водоудерживающая способность цитоплазмы клеток растений являет собой пример специфической реакции на засуху. Еще более убедительным образцом специфических реакций явля­ется способность солеустойчивых растений по-разно­му воспринимать содовое, хлоридное или сульфатное засоление почвы.

По ходу индивидуального развития устойчивость различных растений не остается постоянной. Хлебные злаки, например, наиболее чувствительны к экстре­мальным воздействиям в период формирования гене­ративных органов, древесные растения - на этапе прорастания семян и формирования и роста всходов. Эти периоды в жизни растений получили название критических.

Устойчивость растений в очень сильной степени зависит от активности физиологических процессов и, прежде всего, от того, находятся ли растения в состо­янии покоя или интенсивного роста, ослаблены ли болезнями и вредителями, достаточно или недостаточ­но обеспечены водой и элементами минерального пи­тания и т.д.

Устойчивость растений к экстремальным воздействиям достигается различными механизмами:

1. Избежание действия неблагоприятного факто­ра, например, короткий период индивидуального раз­вития эфемеров, успевающих до наступления засухи дать полноценные семена.

2. Различные анатомо-морфологические приспо­собления, например, мелкие опушенные листья с по­груженными устьицами у многих ксерофитов или низ­корослость карликовых растений тундры, сохраняю­щихся зимой под снегом.

3. Физиолого-биохимические приспособления; яр­ким примером последнего служат суккуленты пустынь ­- САМ-растения, которые для сохранения внутренних запасов воды осуществляют нормальный фотосинтез днем с закрытыми устьицами с использованием СО₂, поглощенной ночью, когда устьица открыты, и расте­ния с С₄- типом фотосинтеза, адаптированные к усло­виям повышенной температуры; генетические, связан­ные с модификацией экспрессии различных генов, появлением стрессовых белков и других компонентов.

Изучение механизмов устойчивости растений к неблагоприятным внешним воздействиям имеет важное не только теоретическое, но и практическое значение.

Гибель посевов от засухи, вымерзания, нападения вредителей и других невзгод наносит сельскому хозяй­ству большой ущерб. Урожайность растений снижается и у тех из них, которые выжили в стрессовых условиях, так как значительная часть субстратного и энергетического материала идет в данном случае на репарацию поврежденных процессов и структур. Воз­росший интерес к устойчивости растений связан и с необходимостью интродукции растений в те районы, где они пока из-за слабой устойчивости, например к морозам, не могут культивироваться.

Различают следующие виды устойчивости расте­ний к неблагоприятным факторам: морозоустойчи­вость, холодоустойчивость, зимостойкость, жаростой­кость, засухоустойчивость, устойчивость к недостатку кислорода (анаэростойкость), газо - и пылеустойчи­вость, устойчивость к проникающей радиации (радио­устойчивость) и к патогенным организмам (иммунитет).